音源1
19
ntsto
発する音源と音源2が置かれ
音源は静止しており、音源2
音源2の間にいる軸
されており,ヒーターの体積と熱容量は無視できる。 また、シリンダー内の熱が
ヒーターを通して外部に漏れることはない。 気体定数をRとする。
ヒーター
風はなく,
A B
冷却器
音源2
L
図2
2025年度
前期日程
物理
図1
(イ)観測者が観測した音源2からの音の振動数を求めよ。
(ロ) 観測者は動き続けたまま、音源2は点Aに到達すると停止し, 十分に時間が
経過した。 その後観測者が点Aに到達するまでの間に観測する単位時間あたり
のうなりの回数を求めよ。 なお、観測者と点Aの距離は十分に長く、観測中に
観測者が点Aに到達することはないものとする。
(B) 図2のように, 断面積 S, 全長Lのシリンダーの片側の壁にヒーターが取り
付けられており,他方の壁の中央には冷却器が壁と隙間を開けることなく取り付
けられ、壁となめらかに接続されている。 そして, シリンダーの中には両端の壁
の間をなめらかに動く質量M厚さ / Lのピストンがシリンダーと隙間を開け
ることなく取り付けられており、シリンダー内部はピストンによって2つの空間
に分かれている。 2つの空間それぞれに物質量1molの単原子分子の理想気体を
密封し,ピストンのA側をヒーターのある壁からLの位置で静止させたとこ
ろ、2つの空間の気体の圧力と温度は同一であった。 このときの温度を T とす
る。ヒーターに電流を流したところ、ピストンはゆっくりとなめらかに動き出し
た。ピストンB側の空間の気体は冷却器によって温度が T, に保たれている。 そ
して、ヒーターによる加熱をやめたところピストンは停止し, ヒーターのある壁
からピストンのA側までの距離は3Lであった。ピストンとシリンダーは断熱
2
(ヒーターに電流を流す前と, 加熱をやめてピストンが停止した後で、ピスト
ンのA側の空間の気体の内部エネルギーの増加を求めよ。
() ヒーターから気体に与えられた熱量をQとしたとき,ピストンが動き始め
てから止まるまでに冷却器が気体から奪った熱量を求めよ。
大
次に、冷却器を外してストッパーを設置し, シリンダーからピストンが抜けな
ぃようにした。 そしてゆっくりとシリンダーの向きを変え、図3のようにシリン
2
ダーの中心軸を鉛直線と平行にする。ピストンはゆっくりとなめらかに動き、ビ
ストンのA側はシリンダーの上底からLの位置で静止した。このときのビス
トンのA側の気体の温度はTであった。 この状態を状態Iとする。
